Эпюра осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

В процесс проектирования дома входит проведение инженерных изысканий грунтов, залегающих на выделенной под строительство площадке, и расчеты конструктивных элементов строения. Определение формы, структуры и габаритов наземных и подземных частей здания сопряжено с направлением, величиной и видами принимаемых нагрузок. Кроме того, учитывается специфика грунтов и детальные особенности дома, указанные в задании на проектные работы. Все эти факторы ведут к разным вариантам и алгоритмам вычислений. В частности, возведение объекта на слабых почвах влечет за собой расчет осадки свайного фундамента, что является одним из способов определения предельных состояний грунтового основания.

Нормативные документы

В настоящее время более поздней, актуализированной версией СНиП 2.02.03-85, распространяющейся на сферу проектирования свайных фундаментов, являются СП 24.13330.2011. В строительные правила внесены определенные замены и поправки, но в целом нормы СНиП особых усовершенствований не претерпели. Тем не менее, при существенных разногласиях, предпочтение следует отдавать СП, а не полагаться на СНиП.

Рассматриваемый свод правил озвучивает требования к проектированию определенного вида фундамента – свайного. В них указываются разные типы свай, геологические и инженерные условия, принимаются во внимание вновь строящиеся и находящиеся в стадии реконструкции сооружения. Но данные СП, как, впрочем, и СНиП, не имеют отношения к свайным опорам, возводимым:

• под объектами с динамическими нагрузками;
• в условиях вечной мерзлоты;
• для нефтепромысловых сооружений;
• на глубину более 35 метров.

Общие требования и виды свай

При проектировании свайных фундаментов основываются на:

• инженерно-геологических изысканиях;
• особенностях сооружения – конструктивных, эксплуатационных, технологических;
• сейсмичности региона;
• величине и направлении полезных, а также временных нагрузок;
• технико-экономических обоснованиях и сравнениях с другими вариантами.

В СП и СНиП производится определение вида свай:

• по варианту заглубления – забивные и винтовые, вдавливаемые и вибропогружаемые, набивные и буровые;
• по способу опирания на грунт – стоячие и висячие;
• по материалу – деревянные, металлические, бетонные и железобетонные;
• по форме поперечного и продольного сечения;
• по наличию армирования;
• по типу пяты и т.д.

В СНиП указывается, что расчеты свайных фундаментов должны производиться по предельным состояниям, разделенным на две группы. Первая относится к прочности материала, а также к несущей способности и устойчивости оснований. Вторая имеет отношение к осадкам свай в результате воздействия вертикальных нагрузок, к различным перемещениям в горизонтальном направлении подземных опор вместе с грунтовыми слоями и, кроме того, к образованию глубоких трещин в железобетонных фундаментных конструкциях.

Допустимая осадка фундамента, согласно требованиям СНиП, рассчитывается по второй группе предельных состояний.

Существенным моментом при проведении любых расчетов является необходимость закладки в результат вычислений плюсовых коэффициентов запаса надежности. Определение окончательных показателей производится по вариантным расчетам, после сопоставления альтернативных решений. В определенных СП даются расчетные значения и необходимые для вычислений коэффициенты, а также уточняются действующие нагрузки на фундамент, а также их сочетания. Какие именно строительные правила устанавливают те или иные характерные показатели, указывается в СНиП.

Расчет осадки свай

В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.

где S– общая осадка;

Su – предельная деформация.

При несоблюдении условия производят перерасчет с увеличением заглубления свайных опор до тех пор, пока не будет достигнуто необходимого результата.

По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.

Одиночные сваи

Существует ряд формул, определяющих осадку:

• висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты

где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;

l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;

здесь, d – наружный диаметр сваи, м.

Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:

здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.

υ – коэффициент Пуассона;

параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –

.

• стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты

Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.

Свайный куст

Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (ɑ) от нагружаемой сваи.

Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:

где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);

Если же распределение неизвестно, то расчет производится по той же формуле, но с учетом дополнительных нюансов и использованием знаний по строительной механике.

Свайное поле

Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:

На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:

а) вертикально расположенных;

б) наклонно расположенных.

Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.

При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину. В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.

Принцип метода послойного суммирования

Его суть описана в СП 22.13330.2011, являющихся актуализированной редакцией СНиП 2.02.01-83*. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.

В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.

Комбинированный фундамент

Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:

• усилий в сваях и плите;
• деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
• нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.

После выполнения расчетов с учетом запаса надежности, определяется длина и шаг свайных опор.

Правильные вычисления и выбор конструктивных элементов комбинированного фундамента обеспечит отсутствие существенных осадок, перекосов и кренов строения в период его эксплуатации. Дополнительные условия расчета приведены в СП 24.13330.2011.

Источник

Расчет осадки свайного фундамента

Для фундаментов из висячих забивных свай и свай, которые погружаются без изъятия грунта в песчаные и глинистые грунты с показателем текучести I_L≤0,5, расчет по деформациям оснований допускается выполнять как для условного фундамента на естественном основании. При этом свайный фундамент рассматривают как условный фундамент.

5.5.1. Границы условного фундамента определяют следующим образом (см. рис. 5.5). Снизу он ограничен плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки грунта ВГ; с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии а_у.ф., которое определяется по формуле:

где: h – глубина погружения сваи в грунт основания, м;

j_{II, mt} – осредненное значение угла внутреннего трения определяется по формуле:

где: j_{II, i} – характеристическое значение угла внутреннего трения для пройденных сваями ИГЭ;

Расстояние а _у.ф. принимают не более 2d, если под нижним концом залегают глинистые грунты с I_L>0,6.

5.5.2.Определяют размеры условного фундамента в плане (см. рис.5.2):

— для свайного фундамента под колонну:

— для ленточного свайного фундамента:

где b_р — ширина ростверка.

Рис.5.2. Условный свайный фундамент

5.5.3.Определяют площадь условного фундамента:

Условный свайный фундамент под колонну В, L -расстояние между осями крайних свай; Ву.ф., Lу.ф. — соответственно ширина и длина условного фундамента в зависимости от расположения свай.

Условный ленточный свайный фундамент Ву.ф., Lу.ф. – ширина условного фундамента в зависимости от расположения свай; bр – ширина ростверка

Рис.5.3. Примеры определения размеров условного фундамента

5.5.4. Определяют собственный вес условного фундамента:

G_у.ф.= · Н_у.ф. · А_у.ф , (5.17)

где: Н_у.ф – высота условного фундамента, м;

=20 кН/м 2 – среднее значение удельного веса бетона и грунта.

5.5.5. Определяют среднее давление под подошвой условного фундамента:

— для свайного фундамента:

р = , (5.18)

— для ленточного свайного фундамента:

р = (5.19)

5.5.6. Расчет осадки фундаментавыполняют методом послойного суммирования по формуле 4.17. Однако, в соответствии с примечанием к п. П.2.6 [2], из этой формулы следует исключать алгебраическое суммирование вычитаемых величин при вычислении первой составляющей в этой формуле. Таким образом, формула для расчета осадок (при глубине котлована до 5,0м) приобретает следующий вид:

(5.20)

5.5.7. Определяют вертикальные напряжения от собственного веса грунтов s_zgот дневной поверхности (поверхности планировки), напряжения от собственного веса грунта, извлеченного из котлована s_zγи напряжения от собственного веса грунтов s_zu,l,на участке от подошвы ростверка до пяты свай, где проходит нижняя граница условного фундамента. На расчетной схеме строятся эпюры s_zg, s_zγ и s_zu,l (масштабы: вертикальный 1:100; напряжений 1 см = 50 кПа), см. рис. 5.3.

Рис.5.3. Расчетная схема к определению осадки свайного фундамента

5.5.8. Вертикальное напряжение на отметке подошвы условного фундамента принимают равным среднему давлению:s_zро = р

5.5.9. Затем определяют:

— толщину элементарного слоя грунта:

— соотношения сторон условного фундамента h = L_у.ф./В_у.ф (для отдельно-стоящих свайных фундаментов).

— дополнительные напряжения на границах элементарных слоев s_zр:

(5.22)

где — коэффициент рассеивания напряжений по глубине, определяется по табл.4.10.

На расчетной схеме строится эпюраs_zр.

5.5.10. Суммирование осадок элементарных слоев выполняют в диапазоне от подошвы условного фундамента до глубины, где выполняется условие:

, (5.23)

где s_zg – напряжение от собственного веса грунта от поверхности;

s_zu,l – напряжение от собственного веса грунта от подошвы ростверка до подошвы условного фундамента, определяется так же как и s_zg, но без учета веса грунта выше подошвы ростверка;

k – коэффициент, определяемый согласно пункту 7 раздела 4.3.1 (Д.10 [1]).

5.5.11. Результаты расчетов сводят в табл. 5.12.

№

zi , м

x

a

szp кПа

szg , кПа

szu,l, кПа

szγ , кПа

szp,i , кПа

szγ,i , кПа

hi , см

Ei , кПа

si , см

Проверяют условие: Σs_i ≤ s_u

Пример:

Длина призматической сваи равна (см. рис. 5.4):

Принимаем сваю С80.30-8 (длиной 8,0 м, сечением 300х300мм)

Рис. 5.4. Расчетная схема для определения несущей способности сваи

Расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи на отметке z_св = 9,2 м при Ι_L = 0 равно:

R = 9700 + = 9700 + 587 = 10287кПа.

Площадь и периметр поперечного сечения сваи:

А = 0,3 2 = 0,09 м 2 ;

Сопротивление на боковой поверхности сваи определяем в табличной форме, табл.5.8.

Так как показатель текучести (ИГЭ-2, 3, 4) Ι_L 3 h_і, м f_i х h_і, кН/м 3 1 2,35 0;

Среднее значение угла внутреннего трения:

j_{II, mt} = °;

Расстояние от грани сваи до границы условного фундамента:

Определяем размеры, площадь и вес условного фундамента:

Lу.ф. = 2·а + 3d + d = 2·0,6 + 0,9 + 0,3=2,4 м; Ву.ф. = 2·а + d= 2·0,6 + 0,3=1,5 м; Ау. ф. = Lу.ф.·Ву.ф= 2,4·1,5=3,6 м 2 ; Gу.ф.= · Ну.ф. · Ау.ф =20· 9,2 · 3,6=662,4кН Среднее давление под подошвой фундамента: р = = = 491 кПа;

Определяем осадку свайного фундамента:

— толщина элементарного слоя: h_i = 0,4 · В_у.ф.. = 0,4 · 1,5 = 0,6 м;

— напряжение от собственного веса грунта s_zg:

— напряжение от собственного веса грунта, извлеченного из котлована: ; Для построения эпюры szγ толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на условные слои, см.рис.5.6. Вк=40,0м; Lк=93,0м; z,м x=2z/Вк aк szγ, кПа 0 0 1,00 23,2 1,1 0,06 0,996 23,1 3,6 0,18 0,989 22,9 6,1 0,31 0,981 22,8

Рис.5.6

— напряжение s_zu,l = Σg_і · h_i:s_zu,l1 = 1,3· 15,5 = 20,2 кПа;

s_zu,l2 = 20,2 + 4,7 · 16,5 = 97,8 кПа;

s_zu,l0 = 97,8 + 1,5 · 17,8 = 124,4 кПа.

Расчет осадки для фундамента СФ-1

№	x	zi , м	a	szp кПа	szg , кПа	szu,l, кПа	szγ кПа	szp, i , кПа	szγ кПа	hi , см	Ei , кПа	si , см
0	0	0	1,000	491	151	124,4	23,2	455,9	23,18	60	10000	2,08
1	0,8	0,6	0,857	420,8	161,7	124,4	23,15
346,65	23,12	60	9333	1,66
2	1,6	1,2	0,555	272,5	172,2	-ʹʹ-	23,09
221,95	23,06	60	16000	0,60
3	2,4	1,8	0,349	171,4	183,6	-ʹʹ-	23,04
142,15	23,02	60	0,36
4	3,2	2,4	0,230	112,9	195	-ʹʹ-	23,0
95,75	22,98	60	0,22
5	4,0	3,0	0,160	78,6	206,4	-ʹʹ-	22,95
68,25	22,93	60	0,14
6	4,8	3,6	0,118	57,9	217,8	-ʹʹ-	22,9
50,8	22,89	60	0,08
7	5,6	4,2	0,089	43,7	229,2	-ʹʹ-	22,88
38,8	22,86	60	0,05
8	6,4	4,8	0,069	33,9	240,6	-ʹʹ-	22,85
30,7	22,84	60	0,02
9	7,2	5,4	0,056	27,5	252	-ʹʹ-	22,83
24,9	22,82	60	0,01
10	8,0	6,0	0,046	22,3	263,4	-ʹʹ-	22,8

Осадка фундамента s = 5,22см

Проверяем условие (5.23):

s = 5,22см 2;

G_у.ф.= · Н_у.ф. · А_у.ф =20·9,3·4,5=837 кН;

Среднее давление под подошвой:

р = (341,0·3,0+837)/4,5 = 413 кПа;

Дополнительное напряжение от внешней нагрузки на отметке подошвы фундамента:

Толщина элементарного слоя: h_i = 0,4 · В_i = 0,4 · 1,5 = 0,6 м;

Напряжение от внешней нагрузки на отметке подошвы фундамента:

;

s_zu,l0 = 97,8 + 1,5 · 17,8 = 124,4 кПа.

Напряжение от собственного веса грунта, извлеченного из котлована: ; Для построения эпюры szγ толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на условные слои, см.рис.5.8. Вк=15,0м; z,м x=2z/Вк aк szγ, кПа 0 0 1,00 23,2 1,1 0,15 0,991 23,0 5,1 0,68 0,910 21,1 9,1 1,21 0,752 17,4

Рис.5.8.

Схема к определению осадки приведена на рис. 5.9.

Расчет осадки для фундамента СФЛ-1

№	x	zi , м	a	szp, кПа	szg , кПа	szu,l, кПа	szγ, кПа	szp, i , кПа	szp, i , кПа	hi , см	Ei , кПа	si , см
0	0	0	1,000	413	151	124,4	23,2	388,4	365,3	60	10000	1,75
1	0,8	0,6	0,881	363,8	161,7	-ʹʹ-	23,1
314,5	291,5	60	9333	1,5
2	1,6	1,2	0,642	265,2	172,2	-ʹʹ-	22,9
231,1	208,3	60	16000	0,63
3	2,4	1,8	0,477	197,0	183,6	-ʹʹ-	22,7
175,8	153,3	60	0,46
4	3,2	2,4	0,374	154,5	195,0	-ʹʹ-	22,4
140,5	118,3	60	0,36
5	4,0	3,0	0,306	126,4	206,4	-ʹʹ-	22,1
116,5	94,6	60	0,28
6	4,8	3,6	0,258	106,6	217,8	-ʹʹ-	21,8
99,4	77,8	60	0,23
7	5,6	4,2	0,223	92,1	229,2	-ʹʹ-	21,5
86,6	65,2	60	0,20
8	6,4	4,8	0,196	81,0	240,6	-ʹʹ-	21,3
76,6	55,6	60	0,17
9	7,2	5,4	0,175	72,3	252,0	-ʹʹ-	20,8
68,8	48,3	60	0,15
10	8,0	6,0	0,158	65,3	263,4	-ʹʹ-	20,3	62,2	42,2	60	16000	0,13
11	8,0	6,6	0,143	59,1	274,8	-ʹʹ-	19,7
56,8	37,4	60	0,11
12	9,6	7,2	0,132	54,5	286,2	-ʹʹ-	19,2
52,45	33,6	60	0,10
13	10,4	7,8	0,122	50,4	297,6	-ʹʹ-	18,2
48,55	30,2	60	0,09
14	11,2	8,4	0,113	46,7	309,0	-ʹʹ-	18,1
45,25	27,5	60	0,08
15	12,0	9,0	0,106	43,8	320,4	-ʹʹ-	17,5

Осадка фундаментаs = 6,24см

Проверяется выполнение условия 5.23:

Источник